Классификация классов балансировки
A класс балансировки — также называемый классом качества баланса или G-класс — это стандартизированная классификация, определяющая степень балансировки, необходимой для конкретного типа вращающейся машины. Она определяется главным образом ISO 21940-11 (современный преемник стандарта ISO 1940-1), система классов точности балансировки сортирует оборудование по его эксплуатационным характеристикам и присваивает каждой категории соответствующий допуском на балансировку. Его большое преимущество заключается в том, что он предоставляет производителям, специалистам по техническому обслуживанию и конечным пользователям единый, признанный во всем мире язык для определения характеристик и проверки ротора качество балансировки, поэтому термин «насос G6.3» означает одно и то же в любой мастерской на земле.
1. Система оценок G
Оценки балансировки обозначаются буквой «G», за которой следует число — G2.5, G6.3, G16 и т. д. Это число представляет собой произведение допустимого остаточного дисбаланс эксцентриситет (в миллиметрах) и максимальная угловая скорость (в радианах в секунду). Проще говоря, это допустимая скорость вибрации, вызванной дисбалансом, выраженная в мм/с — орбитальная скорость центра масс ротора. Эта единственная величина лаконично отражает суть физического явления: класс точности удерживает вращающийся центробежная сила в пределах допустимого для машины.
Основной принцип
Более низкие значения G означают более строгие требования — меньший допустимый остаточный дисбаланс и более плавную работу. Более высокие значения G допускают больший остаточный дисбаланс. Система специально учитывает, что у разных машин существуют совершенно разные требования в зависимости от их скорости, массы, области применения и условий эксплуатации; не существует единого «правильного» значения, а есть только значение, соответствующее конкретным условиям эксплуатации.
2. Распространённые классы точности и их применение
Стандарт ISO 21940-11 определяет классы точности от G0.4 (наивысшая точность) до G4000 (наименьшая). На практике инженеры чаще всего сталкиваются со следующими классами:
G0.4 — сверхвысокая точность
Приложения: гироскопы, шпиндели и приводы высокоточных систем, прецизионное измерительное оборудование.
Характер: требует наличия специального оборудования для балансировки и контролируемых условий и обычно выполняется в специально оборудованном цехе балансировка цехе.
G1.0 — Высокая точность
Приложения: приводы шлифовальных станков, аудио- и видеоприводы, шпиндели высокоточных станков. (Турбокомпрессоры в таблице ISO 21940-11 относятся к G6.3; более жесткие классы для них задаются OEM или конкретным проектом.)
Характер: требует тщательного контроля всех параметров балансировки и высококачественного контрольно-измерительного оборудования.
G2.5 — Прецизионная промышленная балансировка
Приложения: газовые и паровые турбины, жесткие роторы турбогенераторов, компрессоры, приводы станков, компьютерные приводы, а также средние и крупные электродвигатели с номинальной скоростью выше 950 rpm.
Характер: эталон высококачественного и высокопроизводительного промышленного оборудования, который легко реализовать при условии грамотного подхода балансировка на месте практика.
G6.3 — Общее промышленное применение (наиболее распространённый класс)
Приложения: электродвигатели общего назначения, оборудование для перерабатывающей промышленности, центробежные насосы, вентиляторы и воздуходувки, редукторы, турбокомпрессоры, центрифуги (сепараторы, декантеры) и роторы машин общего назначения.
Характер: стандартный класс для большинства промышленных машин, обеспечивающий оптимальный баланс между доступностью и производительностью, а также вполне подходящий для использования с портативным балансировочным оборудованием.
G16 — Тяжёлая промышленность
Приложения: карданные валы (propeller и cardan shafts), кривошипные приводы (внутренне сбалансированные, жестко установленные), дробилки, сельскохозяйственные машины и отдельные компоненты двигателей.
Характер: подходит для прочного оборудования с низкой скоростью работы, которое лучше переносит вибрацию.
G40 и выше — очень тяжелая промышленность
Приложения: автомобильные колеса, колесные обода, колесные пары и приводные валы (G40); кривошипные приводы на упругих опорах, внутренне сбалансированные (G40); полностью собранные поршневые двигатели для легковых и грузовых автомобилей (G100); а также кривошипные приводы крупных тихоходных судовых дизельных двигателей (G1600–G4000).
Характер: применяется к массивным, медленно работающим машинам, где точное уравновешивание не является ни экономически, ни технически целесообразным.
3. Как выбрать подходящий класс точности
Выбор оценки зависит от совокупности нескольких факторов:
- Тип и конструкция оборудования: Таблицы стандарта ISO 21940-11 соотносят типы машин с рекомендуемыми классами и являются естественной отправной точкой.
- Рабочая скорость: Для более скоростных машин, как правило, требуется более жёсткий класс точности, поскольку центробежная сила растёт пропорционально квадрату скорости.
- Тип крепления: Оборудование, установленное на гибких фундаментах или изолирующих опорах, зачастую способно допускать более высокий класс G (G-номер), чем оборудование, закреплённое жёстко.
- Близость к людям: Наличие оборудования в помещениях, где находятся люди, может потребовать более строгих требований к уровню шума и безопасности.
- Особые требования: В медицине, при производстве высокоточной техники и в аэрокосмической отрасли часто требуется более точная балансировка, чем это принято в стандартной промышленной практике.
- Экономика: Каждый шаг к более строгому классу качества обходится дороже, поэтому выбранный класс должен соответствовать эксплуатационным требованиям, не выходя за рамки необходимого.
4. От класса точности до допустимого дисбаланса
Класс точности является исходным параметром для расчета максимально допустимого остаточный дисбаланс для конкретного ротора:
Uза (г·мм) = (9549 × Г × М) / об/мин
- Uза = допустимый остаточный дисбаланс, в грамм-миллиметрах
- G = номер класса (например, 6.3 для G6.3)
- M = масса ротора, в килограммах
- об/мин = скорость вращения, в оборотах в минуту
Отработанный пример
Рассмотрим ротор вентилятора массой 100 кг, работающий со скоростью 1500 об/мин и имеющий класс точности G6.3:
Uза = (9549 × 6.3 × 100) / 1500 ≈ 4011 g·mm
Если плоскость коррекции если радиус составляет 200 mm, то 4011 g·mm соответствуют примерно 20 граммам допустимого остаточного дисбаланса на этом радиусе. Калькулятор остаточного дисбаланса (ISO 21940-11) мгновенно выполняет это преобразование, а затем автоматически распределяет итоговую сумму между двумя плоскостями.
5. Машины с регулируемой скоростью и многоскоростные машины
Когда машина работает в диапазоне скоростей, класс применяется с осторожностью:
- Работа с постоянной скоростью: применять класс при нормальной рабочей скорости.
- Переменная скорость: применять класс при максимальной постоянной рабочей скорости, когда центробежные силы максимальны.
- Преодоление критических скоростей: для гибких роторов, остаток на критические скорости может потребовать отдельного внимания, что, возможно, потребует модальная балансировка на сайте ISO 21940-12.
6. Проверка и приемка
После того как балансировка после завершения работ необходимо проверить, соответствует ли достигнутое качество заданному классу. Существует два способа:
- Прямое измерение дисбаланса: на балансировочной машине остаточный дисбаланс считывается напрямую и сравнивается со значением Uза.
- Измерение вибрации: При балансировке на месте амплитуда колебаний 1× служит косвенным показателем качества балансировки.
Ротор считается приемлемым, если измеренный остаточный дисбаланс не превышает расчетного значения Uза, или когда вибрация во время эксплуатации соответствует применимому стандарту интенсивности — сегодня ISO 20816 серии (заменившей стандарт ISO 10816). На установленном оборудовании такая проверка проводится на месте: с помощью портативного двухканального прибора, такого как Balanset-1A измеряет 1× амплитуда и фаза в подшипниках самой машины при рабочей скорости, вычисляет коэффициенты влияния, применяет корректировку и проверяет, находится ли остаточная погрешность в пределах выбранного класса — без снятия ротора.
7. От ISO 1940 до ISO 21940
Система классификации по классам G была впервые введена в стандарте ISO 1940-1, изданном в 1986 году. В 2016 году серия стандартов ISO 1940 была пересмотрена и перенумерована в серию ISO 21940, при этом стандарт ISO 21940-11 заменил ISO 1940-1. Основные принципы и значения классов были перенесены практически без изменений, поэтому старые спецификации остаются в силе, но современный стандарт дополняет их следующим образом:
- Обновлены классификации оборудования.
- Более четкие рекомендации по выбору класса.
- Более тесная интеграция с обширным семейством стандартов в области динамики роторов.
- Усовершенствованные процедуры для гибких роторов.
8. Распространенные заблуждения
«Чем плотнее, тем лучше»
Реальность: Чрезмерное повышение класса балансировки приводит к увеличению затрат без соразмерной выгоды. Станок, сбалансированный по классу G2.5, не обязательно будет работать лучше, чем тот же станок с классом G6.3, если G6.3 является подходящим классом для данных условий эксплуатации.
«Класс соответствует уровню вибрации»
Реальность: Число G отражает допустимую эксцентричность дисбаланса, а не амплитуду колебаний. Фактическая вибрация Характеристики машины зависят от множества факторов, помимо баланса — жесткости, амортизации, резонанс, Перекос и ослабление посадки в их числе.
«Один размер подходит для всего завода»
Реальность: Различные типы оборудования требуют разных классов качества даже в пределах одного предприятия. К прецизионному шлифовальному станку и дробилке предъявляются совершенно разные требования к балансировке, и для них ни в коем случае нельзя использовать единые общие технические условия.
9. Документация и технические характеристики
При заказе работ по балансировке в техническом задании должно быть четко указано:
- Требуемый класс и стандарт — например, «Соответствие G6.3 согласно ISO 21940-11».
- Рабочая скорость, которая будет использоваться для расчета допуска.
- Требуемое количество плоскостей коррекции.
- Метод проверки — на стационарном балансировочном станке или путем измерения вибрации в полевых условиях.
Четкое и исчерпывающее техническое задание такого рода устраняет неоднозначность и дает как исполнителю, так и заказчику достоверную документацию о том, что было заказано и что было выполнено.
